锌肥喷施处理对油菜吸收镉和土壤环境的影响

胡浩+张佩萱+刘飞龙+白俊婷+李剑睿

摘要：通过盆栽试验，研究不同时期喷施不同浓度Zn肥对油菜生长、吸收Cd及微量元素的影响.结果表明，T2时期喷施Zn肥可明显提高油菜地上部生物量，增幅为7.9%-114.3%，对油菜增产具有显著影响.T4时期喷施Zn肥对降低油菜地上部Cd含量效果最显著，降幅为17.3%-54.5%.高水平Zn肥处理能够降低油菜Zn含量.

关键词：锌肥；喷施；油菜；镉

中图分类号：X53 文献标识码：A 文件编号：2095-672X（2017）03-0207-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.112

Abstract：A pot experiment was conducted to study the effects of foliar spray different concentrations of Zn fertilizer on the growth of rape uptake of Cd and trace elements.Resules show that during the T2 period， Zn fertilizer could significantly increase the aboveground biomass of rape， with an increase of 7.9% -114.3%， which had a significant effect on rape yield.The effect of spraying Zn fertilizer on the Cd content in rapeseed was better than that in the other treatments， and the decrease was 17.3% -54.5%.The high level of Zn fertilizer had a significant effect on reducing Zn content in rapeseed.

Key words：zincfertilizer；spraying；rape；cadmium

随着城市化、工农业的迅猛发展.我国农田土壤镉（Cd）污染日益严重.据统计，我国Cd污染耕地面积约1.4万hm2，涉及11个省市的25个地区，造成我国每年损失粮食120亿kg[1][2].土壤镉污染造成我国水稻、蔬菜等农产品的质量下降，严重威胁人体健康，影响农业可持续发展[3].2000年农业部环境监测系统对14个省会城市2110个样品的检测表明，蔬菜中重金属镉等污染超标率高达23.5%；南京郊区18个检测点青菜叶样分析表明，镉含量全部超过食品卫生标准，最多超过17倍[4].

锌（Zn）是植物生长必需的微量元素，由于和Cd具有相似的地球化学和环境特性.因此，在作物系统中Cd-Zn经常发生拮抗作用[5].基于这一原理，许多研究通过施用锌肥来降低植物对镉的吸收.Hart等研究发现，施用Zn肥可显著降低小麦籽粒的Cd含量[6]. Fei-Bo Wu等通过对不同基因型大麦的水培试验的观察表明，添加Zn可显著降低种植在Cd污染土地大麦根部质体和地上部可溶部分的镉含量[7].由于Cd、Zn 交互作用易受许多环境因素的影响而表现出多种形式.因此，在施用Zn 肥调控作物Cd吸收的研究中，Zn 肥施用浓度和时期会影响其调控效果.因此，要使施用Zn肥成为调控农作物安全生产的有效方法，就必须确定适合污染程度不同土壤的锌肥施用浓度及时期，但是该方面的研究还未见报道.因此，本课题组通过盆栽试验，研究不同时期喷施不同浓度Zn肥对油菜生长、吸收Cd的影响。

1 材料与方法（Materials and methods）

1.1 试验材料

供试土壤采自山西省太原市郊农田，土壤类型为褐土，基本理化性质见表1。供试油菜品种为“苏州青”。供试锌肥为ZnSO4·7H2O。

1.2 试验方法

人工污染土制备：土壤经自然风干后，粉碎，过2 mm筛。向处理后的土样中加入0.3g Cd（NO3）2固体于50 kg风干土壤中，加入适量水搅拌均匀，维持泥水混合物处于田间最大持水量，稳定30 d，自然风干后，过1 mm筛制成镉含量为2.85 mg·kg-1的重金属人工污染土壤。

本试验采用二因子组合设计盆栽试验，因子一为Zn肥喷施浓度，分别为：C0（不施用Zn肥）；C1（低水平處理）：喷施10 mg·L-1 Zn肥；C2（中水平处理）：喷施20 mg·L-1 Zn肥；C3（高水平处理）：喷施40 mg·L-1 Zn肥。因子二为喷施时间，分别为：T1：移栽后7d；T2：移栽后14d；T3：移栽后21d；T4：移栽后28d.除对照处理C0外，其余处理完全组合。每个处理3个重复。

栽试验用盆随机区组排列。供试土壤风干后过2 mm筛，然后装入塑料花盆中，每盆装土0.5 kg.油菜种子先用10%的次氯酸钠溶液消毒处理后，用去离子水浸泡过夜，在装有人工土蛭石的塑料秧盘中育苗20 d。将育好的油菜秧苗移栽至装有0.5 kg镉污染土壤的塑料盆内。采用微型喷雾喷施Zn肥，为避免 Zn溶液渗入土壤，喷施 Zn 肥时用塑料薄膜覆盖于盆口。油菜生长过程中每日以去离子水浇灌，控制土壤含水量为田间持水量的70%左右，供试油菜于2016年8月15日收获。

1.3 样品分析

油菜收获后，用去离子水洗净，称量鲜重.待其自然风干后称量干重，粉碎，备用。植物样Cd、Zn、Fe、Mn含量分析采用HNO3-HClO4法（ 体积比3∶1）消解，重金属含量采用原子吸收光谱仪测定[8]。土壤基本理化性质按照土壤农化常规分析方法测定[9]。

1.4 数据处理

试验数据采用Microsoft Excel 2010和spss19软件进行统计分析.

2 结果与讨论（Results and Discussion）

2.1 施用Zn肥对油菜生物量的影响

由图1可知，T1时期喷施Zn肥处理，油菜地上部生物量与对照相比，增幅为3.2%-54.0%（p<0.05）；低水平喷施处理（10 mg·L-1）的效果优于其余处理，增幅为54.0%.T2时期喷施Zn肥处理，油菜地上部增幅为7.9%-114.3%，高水平（40 mg·L-1）处理的效果显著，增幅为114.3%.T3时期喷施Zn肥处理，增幅为27.0%-54.0%，中水平（20 mg·L-1）处理的效果优于其余处理，增幅54.0%。T4时期喷施Zn肥处理，增幅为11.1%-90.5%，中水平处理的效果显著，增幅为90.5%.T2时期喷施中水平Zn肥可稳定增加油菜地上部生物量。

Zn 作为植物生长发育必需的微量营养元素，是植物体内多种酶的活性组分和激活剂，在生长发育过程中发挥重要作用，不仅能促进植物生殖器官发育，还能提高植物抗逆性[10]。在Zn缺乏或活性低的土壤中施用Zn肥可以通过提高作物Zn营养而有效促进作物生长。董如茵等研究表明，土施和喷施Zn肥可以不同程度地提高Cd低积累油菜和普通油菜的地上部产量[11]。索炎炎等研究也发现，在镉污染农田中喷施Zn肥对提高水稻籽粒产量有显著作用[12]。周坤等研究表明，在有效Zn含量为1.9mg·kg-1的Cd 污染土壤上喷施50-400μmol·L-1的ZnSO4，可以通过改善作物Zn营养和缓解Cd毒害的作用，显著提高番茄产量[13]。在油菜生长T2时期喷施中水平Zn肥对油菜生物量的增加作用显著，与上述试验结果一致。

2.2 施用Zn肥对油菜Cd累积的影响

由图2可知，与对照相比，T1时期喷施Zn肥处理后，油菜Cd含量下降16.8%-21.8%，高水平处理的降幅为21.8%.T2时期喷施中水平Zn肥处理后，油菜Cd含量降幅为1.4%，其他处理与对照组相比影响较小。T3时期喷施高水平Zn肥处理后，油菜Cd含量下降61.0%。T4时期喷施Zn肥处理后，油菜Cd含量下降17.3%-54.3%，高水平处理的效果优于其余处理，降幅为54.3%.T3时期喷施高水平Zn肥可显著降低油菜Cd含量。

相似的离子结构使Cd、Zn在理论上会与竞争植物体内相同的吸附位点，表现出拮抗作用，使植物体内Cd含量降低。 张春荣等的研究表明锌离子与镉离子混合后，相同的结构可使它们在植物体内相互竞争吸附点，减轻了镉离子对紫花苜蓿（Medicago sativa）种子的毒害作用[14]。龙思斯的研究表明，叶面喷施Zn肥可以显著降低水稻Cd含量[15]。宋正国的研究表明，低、高镉污染水平下，锌用量为64mg·kg-1土时，小油菜体内镉含量较不施锌肥分别降低31.8%、28.4%（两季平均值）[16]。T3时期喷施高水平Zn肥可显著降低油菜Cd含量，与上述研究结果相同。2.3 施用Zn肥对油菜Zn累积的影响

由图3可知，与对照相比，T1时期喷施Zn肥处理后，油菜Zn含量降幅為7.5%-62.2%；高水平处理优于其余处理，降幅为62.2%。T2时期喷施低水平Zn肥后，油菜Zn含量降幅为29.2%，其余处理对油菜Zn含量影响较小。T3时期喷施Zn肥处理后，油菜Zn含量降幅为3.6%-60.8%；高水平处理的效果显著，降幅为60.8%。T4时期喷施Zn肥处理后，油菜Zn含量降幅为40.5%-69.6%；高水平处理的降幅为69.6%。T4时期喷施高水平Zn肥可显著降低油菜Zn含量。

曹玉贤的研究表明，在小麦生长后期喷施Zn肥可以使小麦籽粒Zn含量幅度增加64%[17]。刘敦一的研究表明，喷施锌肥可显著提高小麦、玉米籽粒锌含量[18]。但本研究表明，在油菜移栽后的末期喷施Zn肥可以显著降低油菜Zn含量，与上述研究相反.初步推测可能是该时期油菜的生物量较大，对油菜吸收的Zn起到了稀释作用，导致油菜Zn含量降低.在此不做深入讨论。

2.4 施用Zn肥对油菜Fe、Mn含量的影响

由图4可知，与对照相比，T4时期喷施Zn肥处理后，油菜体内Fe含量的降幅为40.3%-41.2%，高水平喷施处理最大降幅为41.2%；其余水平处理对油菜体内Fe含量影响不显著。T4时期喷施Zn肥处理后，油菜体内Mn含量降幅为7.5%-71.2%；与对照相比，高水平喷施处理最大降幅为71.2%。其余时期处理对油菜体内Mn含量无显著影响。T4时期喷施高水平Zn肥可有效降低油菜体内Fe、Mn含量。

3 结论（Conclusion）

在中度Cd污染土壤中，T2时期喷施中水平（20 mg·L-1）Zn肥，可以显著增加油菜地上部生物量。T3时期喷施高水平（40 mg·L-1）Zn肥可以显著降低油菜地上部Cd含量。T4时期喷施高水平Zn肥可以显著降低油菜Zn含量。

参考文献

[1]顾继光，周启星.镉污染土壤对治理及植物修复[J].生态科学，2002，21（4）：352-356.

[2]梁称福，陈正法，刘明月.蔬菜重金属污染研究进展[J].湖南农业科学，2002，（4）：45-48.

[3]宋波，陈同斌，郑袁明等.北京市菜地土壤和蔬菜镉含量及其健康风险分析[J].环境科学学报，2006，26（4）：1343-1353.

[4]冉烈，李会合.土壤镉污染现状及危害研究进展[J].重庆文理学院学报（自然科学版），2011，30（4）：69-73.

[5]王吉秀，祖艳群，李元.镉锌交互作用及生态学效应研究进展[J].农业环境科学学报，2010，29（增刊）：256-260.

[6]Hart J J，Welch R M，Norvell W A，et al.2005.Zinc effects on cadmium accumulation and partitioning in near-isogenic lines of durum wheat that differ in grain cadmium concentration [J].New Phytologist，167（2）：391-401.

[7] Fei-Bo Wu， Jing Dong， Qiong Qiu Qian， et al. Subcellular distribution and chemical form of Cd and Cd-Zn interaction in different barley genotypes [J]. Chemosphere， 60（2005）：1437-1446.

[8]吴少杰，黑笑涵.测定植物样品重金属含量的火焰原子吸收法[J].实验科学与技术，2009，7（4）：25-27.

[9]鲍士旦.2000.土壤农化分析[M].北京： 中国农业出版社.132-135；67-68； 25-114.

[10]Wu C Y，Lu L L，Yang X E，et al.2010.Uptake，translocation，and remobilization of zinc absorbed at different growth stages by rice genotypes of different Zn densities[J].Journal of Agriculture and Food Chemistry，58（ 11） ： 6767-6773

[11]董如茵，徐應明，王林等.土施和喷施锌肥对镉低积累油菜吸收镉的影响[J].环境科学学报，2015，35（8）：2589-2596.

[12]索炎炎.镉污染条件下叶面喷施锌肥对水稻锌镉积累的影响[D].杭州：浙江大学.2012，49-57.

[13]周坤，刘俊，徐卫红.外源锌对不同番茄品种抗氧化酶活性、镉积累及化学形态的影响[J].环境科学学报，2014.34（6）：1592-1599.

[14]张春荣，李红，夏立江等.镉、锌对紫花苜蓿种子萌发及幼苗的影响[J].华北农学报.2005，20（01）：96-99.

[15]龙思斯，杨益新，宋正国等.三种类型阻控剂对不同品种水稻富集镉的影响[J].农业资源与环境学报，2016，（05）：459-465.

[16]宋正国，徐明岗，刘平等.锌对土壤镉有效性的影响及其机制[J].农业环境科学学报，2008，（03）：889-893.

[17]曹玉贤，田霄鸿，杨习文等.土施和喷施锌肥对冬小麦子粒锌含量及生物有效性的影响[J].植物营养与肥料学报，2010，（06）：1394-1401.

[18]刘敦一，庞丽丽，张伟等.锌肥施用方式对小麦、玉米产量和籽粒锌含量的影响[J].中国土壤与肥料，2014，（04）：76-80+90.

收稿日期：2017-04-28

基金项目：山西省太原市太原工业学院大学生科技创新项目

作者简介 ：胡浩（1995-），男，太原工业学院环境工程专业大三学生。

通讯作者：李剑睿，讲师，博士，研究方向为土壤修复。